寫在前面
轉(zhuǎn)載自： Anker—工作學(xué)習(xí)筆記
參考文章： select、poll除盏、epoll之間的區(qū)別總結(jié)[整理]
select叉橱，poll，epoll都是IO多路復(fù)用的機(jī)制者蠕。I/O多路復(fù)用就通過一種機(jī)制窃祝，可以監(jiān)視多個描述符，一旦某個描述符就緒（一般是讀就緒或者寫就緒）踱侣，能夠通知程序進(jìn)行相應(yīng)的讀寫操作粪小。但select，poll抡句，epoll本質(zhì)上都是同步I/O探膊，因為他們都需要在讀寫事件就緒后自己負(fù)責(zé)進(jìn)行讀寫，也就是說這個讀寫過程是阻塞的待榔，而異步I/O則無需自己負(fù)責(zé)進(jìn)行讀寫逞壁，異步I/O的實(shí)現(xiàn)會負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)從內(nèi)核拷貝到用戶空間。關(guān)于這三種IO多路復(fù)用的用法锐锣，前面三篇總結(jié)寫的很清楚腌闯，并用服務(wù)器回射echo程序進(jìn)行了測試。鏈接如下：
今天對這三種IO多路復(fù)用進(jìn)行對比刺下，參考網(wǎng)上和書上面的資料绑嘹，整理如下：
1. select實(shí)現(xiàn)
select的調(diào)用過程如下所示：
[過程]
（1）使用copy_from_user從用戶空間拷貝fd_set到內(nèi)核空間
（2）注冊回調(diào)函數(shù)__pollwait
（3）遍歷所有fd，調(diào)用其對應(yīng)的poll方法（對于socket橘茉，這個poll方法是sock_poll，sock_poll根據(jù)情況會調(diào)用到tcp_poll,udp_poll或者datagram_poll）
（4）以tcp_poll為例姨丈，其核心實(shí)現(xiàn)就是__pollwait畅卓，也就是上面注冊的回調(diào)函數(shù)。
（5）__pollwait的主要工作就是把current（當(dāng)前進(jìn)程）掛到設(shè)備的等待隊列中蟋恬，不同的設(shè)備有不同的等待隊列翁潘，對于tcp_poll來說，其等待隊列是sk->sk_sleep（注意把進(jìn)程掛到等待隊列中并不代表進(jìn)程已經(jīng)睡眠了）歼争。在設(shè)備收到一條消息（網(wǎng)絡(luò)設(shè)備）或填寫完文件數(shù)據(jù)（磁盤設(shè)備）后拜马，會喚醒設(shè)備等待隊列上睡眠的進(jìn)程渗勘，這時current便被喚醒了。
（6）poll方法返回時會返回一個描述讀寫操作是否就緒的mask掩碼俩莽，根據(jù)這個mask掩碼給fd_set賦值旺坠。
（7）如果遍歷完所有的fd，還沒有返回一個可讀寫的mask掩碼扮超，則會調(diào)用schedule_timeout是調(diào)用select的進(jìn)程（也就是current）進(jìn)入睡眠取刃。當(dāng)設(shè)備驅(qū)動發(fā)生自身資源可讀寫后，會喚醒其等待隊列上睡眠的進(jìn)程出刷。如果超過一定的超時時間（schedule_timeout指定）璧疗，還是沒人喚醒，則調(diào)用select的進(jìn)程會重新被喚醒獲得CPU馁龟，進(jìn)而重新遍歷fd崩侠，判斷有沒有就緒的fd。
（8）把fd_set從內(nèi)核空間拷貝到用戶空間坷檩。
總結(jié)：
select的幾大缺點(diǎn)：
（1）每次調(diào)用select啦膜，都需要把fd集合從用戶態(tài)拷貝到內(nèi)核態(tài)，這個開銷在fd很多時會很大
（2）同時每次調(diào)用select都需要在內(nèi)核遍歷傳遞進(jìn)來的所有fd淌喻，這個開銷在fd很多時也很大
（3）select支持的文件描述符數(shù)量太小了僧家，默認(rèn)是1024
2. poll實(shí)現(xiàn)
poll的實(shí)現(xiàn)和select非常相似，只是描述fd集合的方式不同裸删，poll使用pollfd結(jié)構(gòu)而不是select的fd_set結(jié)構(gòu)八拱，其他的都差不多。
關(guān)于select和poll的實(shí)現(xiàn)分析涯塔，可以參考下面幾篇博文：
http://blog.csdn.net/lizhiguo0532/article/details/6568964#comments
http://blog.csdn.net/lizhiguo0532/article/details/6568968
http://blog.csdn.net/lizhiguo0532/article/details/6568969
http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-edntwk/index.html?ca=drs-
http://linux.chinaunix.net/techdoc/net/2009/05/03/1109887.shtml
3. epoll
epoll既然是對select和poll的改進(jìn)肌稻，就應(yīng)該能避免上述的三個缺點(diǎn)。那epoll都是怎么解決的呢匕荸？在此之前爹谭，我們先看一下epoll和select和poll的調(diào)用接口上的不同，select和poll都只提供了一個函數(shù)——select或者poll函數(shù)榛搔。而epoll提供了三個函數(shù)：epoll_create,epoll_ctl 和 epoll_wait诺凡，epoll_create是創(chuàng)建一個epoll句柄；epoll_ctl是注冊要監(jiān)聽的事件類型践惑；epoll_wait則是等待事件的產(chǎn)生腹泌。
對于第一個缺點(diǎn)，epoll的解決方案在epoll_ctl函數(shù)中：每次注冊新的事件到epoll句柄中時（在epoll_ctl中指定EPOLL_CTL_ADD）尔觉，會把所有的fd拷貝進(jìn)內(nèi)核凉袱，而不是在epoll_wait的時候重復(fù)拷貝。epoll保證了每個fd在整個過程中只會拷貝一次。
對于第二個缺點(diǎn)专甩，epoll的解決方案不像select或poll一樣每次都把current輪流加入fd對應(yīng)的設(shè)備等待隊列中钟鸵，而只在epoll_ctl時把current掛一遍（這一遍必不可少）并為每個fd指定一個回調(diào)函數(shù)，當(dāng)設(shè)備就緒涤躲，喚醒等待隊列上的等待者時棺耍，就會調(diào)用這個回調(diào)函數(shù)，而這個回調(diào)函數(shù)會把就緒的fd加入一個就緒鏈表）篓叶。epoll_wait的工作實(shí)際上就是在這個就緒鏈表中查看有沒有就緒的fd（利用schedule_timeout()實(shí)現(xiàn)睡一會烈掠，判斷一會的效果，和select實(shí)現(xiàn)中的第7步是類似的）缸托。
對于第三個缺點(diǎn)左敌，epoll沒有這個限制，它所支持的FD上限是最大可以打開文件的數(shù)目俐镐，這個數(shù)字一般遠(yuǎn)大于2048,舉個例子：在1GB內(nèi)存的機(jī)器上大約是10萬左右矫限，具體數(shù)目可以cat /proc/sys/fs/file-max察看,一般來說這個數(shù)目和系統(tǒng)內(nèi)存關(guān)系很大。
總結(jié)：
（1）select佩抹，poll實(shí)現(xiàn)需要自己不斷輪詢所有fd集合叼风，直到設(shè)備就緒，期間可能要睡眠和喚醒多次交替棍苹。而epoll其實(shí)也需要調(diào)用epoll_wait不斷輪詢就緒鏈表无宿，期間也可能多次睡眠和喚醒交替，但是它是設(shè)備就緒時枢里，調(diào)用回調(diào)函數(shù)孽鸡，把就緒fd放入就緒鏈表中，并喚醒在epoll_wait中進(jìn)入睡眠的進(jìn)程栏豺。雖然都要睡眠和交替彬碱，但是select和poll在“醒著”的時候要遍歷整個fd集合，而epoll在“醒著”的時候只要判斷一下就緒鏈表是否為空就行了奥洼，這節(jié)省了大量的CPU時間巷疼。這就是回調(diào)機(jī)制帶來的性能提升。
（2）select灵奖，poll每次調(diào)用都要把fd集合從用戶態(tài)往內(nèi)核態(tài)拷貝一次嚼沿，并且要把current往設(shè)備等待隊列中掛一次，而epoll只要一次拷貝桑寨，而且把current往等待隊列上掛也只掛一次（在epoll_wait的開始伏尼，注意這里的等待隊列并不是設(shè)備等待隊列，只是一個epoll內(nèi)部定義的等待隊列）尉尾。這也能節(jié)省不少的開銷。
參考資料：
http://www.cnblogs.com/apprentice89/archive/2013/05/09/3070051.html
http://www.linuxidc.com/Linux/2012-05/59873p3.htm
http://xingyunbaijunwei.blog.163.com/blog/static/76538067201241685556302/
http://blog.csdn.net/kkxgx/article/details/7717125
https://banu.com/blog/2/how-to-use-epoll-a-complete-example-in-c/epoll-example.c
